第11章飞机电源系统2011

2019/10/191空管技术室第11章飞机电源系统空管技术室朱承元2019/10/19空管技术室2/11.1飞机供电系统•11.1.1飞机供电系统功用和构成•11.1.2用电设备2019/10/19空管技术室3/11.1.1飞机供电系统的功用和构成–1.电源系统的组成与功用–2.飞机供电状态–3.电源容量2019/10/19空管技术室4/1.飞机供电系统定义•飞机供电系统定义–飞机上电能的产生、调节、控制、变换和传输分配系统统称为飞机供电系统，包括从电能产生一直到用电设备端的部分。•飞机供电系统又可分为飞机电源系统和飞机输配电系统两部分。2019/10/19空管技术室5/1.飞机供电系统定义•飞机电源系统是指由飞机电源到电源汇流条间的部分。•飞机输配电系统则是指由电源汇流条到用电设备端的部分。–飞机输配电系统又称飞机电网，由电线、配电装置和保护元件等构成。2019/10/19空管技术室6/2.飞机电源系统定义与组成•飞机电源系统定义–飞机电源系统是飞机上电能产生、调节、控制和电能部分的总称。•飞机电源系统组成–通常由主电源、备用电源、应急电源、二次电源和地面电源及其连接与监控部分组成。2019/10/19空管技术室7/飞机电源系统组成示意图2019/10/19空管技术室8/飞机电源系统组成•主电源构成–主电源由航空发动机直接或间接传动的发电机及其变换调节、控制保护设备等构成。–飞机正常飞行时，主电源向全机提供足够数量和一定质量的电能，满足用电设备的需要。•备用电源–备用电源是飞机发动机未工作或部分主电源发生故障时向飞机供电的电源。2019/10/19空管技术室9/飞机电源系统组成•应急电源–应急电源是主电源故障后向飞机飞行必需的用电设备供电的电源。–由于应急电源容量小、储能有限，此时飞机必需在就近机场着陆。2019/10/19空管技术室10/飞机电源系统组成•二次电源–二次电源由电能变换器构成，用于将主电源产生的一种形式的电能转变为另一种或多种形式的电能，以适应不同用电设备的需要。–飞机停于机场时，最好由机场的地面电源供电，地面电源通过电缆向机身的插头插座向飞机供电，以供在地面通电检查机上用电设备和启动发动机之用。2019/10/19空管技术室11/3.飞机输配电系统定义与分类•飞机电源系统是指由飞机电源到电源汇流条间的部分。•飞机输配电系统则是指由电源汇流条到用电设备端的部分。–飞机输配电系统又称飞机电网，由电线、配电装置和保护元件等构成。2019/10/19空管技术室12/飞机输配电系统分类•根据电压分类有低压和高压(60v以上)电网两种；•根据电流类型来划分则有直流电网和交流电网。•就交流电网来说，又有单相和三相电网之分。•就电网的线制来划分，则有单线、双线、三线、四线等几种；•根据电网的用途来划分，则有主电网(即供电网)、配电网、辅助电网和应急电网等。2019/10/19空管技术室13/4.飞机供电状态•飞机正常供电状态–在飞机的飞行准备、起飞爬升、着陆和停机等各个阶段，要对飞机进行操纵和完成执行飞行任务所需的工作，若此时供电系统能连续地完成其全部功能性工作，称为飞机正常供电状态。•供电系统的非正常工作状态–则是一种意外的短时失控状态，但它恢复到正常工作状态是一个可控制的动作。2019/10/19空管技术室14/4.飞机供电状态•供电系统的应急工作–若飞行中飞机主电源不能提供足够的或符合规定要求的电功率，要求使用应急电源的工作状态，称为供电系统的应急工作。–应急电源有两种类型：–应急蓄电池和应急发电机。–应急蓄电池属于短期供电应急电源，一般规定应急供电时间为30min。–应急发电机属于长期供电电源。2019/10/19空管技术室15/5.飞机电源系统容量•飞机电源系统的容量是指主电源的容量，等于飞机上主发电系统的台数与单台发电系统额定容量的乘积。•直流电源容量单位为千瓦(kW)；交流电源为千伏安(kvA)。•发电系统的额定容量是在电源质量指标符合技术要求能长期连续工作时的最大容量。•飞机低压直流发电机的额定容量有3、6、9、12、18kW等种。•飞机交流电源的额定容量有15、20、30、40、60、90、120、150KVA等数种。2019/10/19空管技术室16/6.飞机上可用电源•大型民用运输机的可用电源一般包括：–1）发动机带动的发电机、–2）APU发电机、–3）电瓶、–4）冲压涡轮。–5）外部地面电源2019/10/19空管技术室17/1）发动机驱动的发电机•飞机的主电源是由发动机驱动的发电机。–如B737－300正常情况下，由两台发动机驱动的发电机供电。采用单独供电方式。•发电机直接与发动机耦合，只要发动机工作，发电机就工作。2019/10/19空管技术室18/2）APU发电机•在地面，APU发电机可提供主要的电源。飞行中，可作为任一发电机的备用电源。•作为唯一的电源时，APU发电机可满足各种地面情况的电力要求和所有飞行所需的重要电源。2019/10/19空管技术室19/3）电瓶（蓄电池）•电瓶是一种化学电源，是一个化学能和电能相互转化的装置。2019/10/19空管技术室20/4）冲压涡轮发电机•正常时，冲压空气涡轮发电机收在飞机机体内，应急供电时，靠迎面气流驱动涡轮，带动发电机工作。•由于电瓶和冲压涡轮发电机的容量较小，因此只能为飞机上的重要用电设备供电，作为飞机上的应急电源使用。2019/10/19空管技术室21/5）外部地面电源•机身右下侧前轮舱附近的外部交流电源插座用以接通外部电源。•地面人员可用插座附近的面板的状态指示灯判断是否正在使用外部电源。2019/10/19空管技术室22/11.1.2飞机用电设备分类•广义地说，飞机电气系统是飞机供电系统和飞机用电设备的总称。•狭义的飞机电气系统是指飞机供电系统、电气照明与灯光信号系统、电气防冰和加温系统、发动机起动和电点火系统、飞机电力传动系统的总和。2019/10/19空管技术室23/1.飞机用电设备按其重要性分类•1）飞行关键设备–如仪表、飞行控制系统、仪表着陆系统和通信电台等，2）任务关键设备–如民用飞机中的座舱增压和空调设备等。3）一般用电设备–如座舱照明和厨房炊具等，2019/10/19空管技术室24/1）飞行关键设备•它们是确保飞机安全返航或就近降落(包括维持可操纵飞行)所必需的最低限度的用电设备。•它们一旦供电中断，将威胁飞机和机上人员的安全，为此，必须将其配置在重要负载汇流条上。•正常供电期间由主电源供电。•当主电源失效需要转入应急供电时，应能自动或人工地转为由应急电源供电。2019/10/19空管技术室25/2）任务关键设备•任务关键设备是完成飞行任务所必需的设备。•在飞机应急供电时，为确保重要负载得到供电，将视故障的严重程度，切除部分乃至全部任务关键设备。2019/10/19空管技术室26/3）一般用电设备•一般用电设备，它们正常工作与否并不危及飞行安全。•故当主电源发生局部故障而提供的功率有限时，为确保对重要负载和主要负载的供电，根据故障的严重程度，将首先切除部分以至全部一般用电设备。2019/10/19空管技术室27/2.飞机用电设备按用途分类•飞机上的用电设备按用途可以分为：(1)电动机构电动机构主要用于飞机的操纵，如襟翼、舵面、起落架收放等，以及驱动油泵、阀门等的电动机，其功率约占总负荷的30％左右。(2)加热和防冰负荷加热和防冰负荷占总负荷的40％左右。2019/10/19空管技术室28/2.用电设备按用途分类(3)电子设备电子设备一般采用恒频交流电供电，对电源的质量要求高，约占总负荷的20％左右。(4)照明设备约占总负荷的8％左右。2019/10/19空管技术室29/11.2飞机电源系统•11.2.1飞机供电系统类型•11.2.2航空蓄电池•11.2.3飞机直流发电机•11.2.4飞机交流发电机•11.2.6恒速恒频交流电源•11.2.7变速恒频交流电源•11.2.8飞机电能变换设备2019/10/19空管技术室30/11.2.1飞机电源类型•飞机电源的类型取决于该飞机上主电源的类型。•现代飞机电源有：–一、低压直流电源；–二、恒频交流电源；–三、混合电源；–四、高压直流电源；•几种形式。2019/10/19空管技术室31/一、低压直流电源•低压直流电源的主电源是航空发动机直接传动的直流发电机，配以调压器保持发电机输出电压恒定。–低压直流发电机的额定电压为28.5v，在有些机型上采用14v。–交流负载由旋转变流机或静止交流器得到单相或三相交流电。这种供电系统的供电示意图如图所示。2019/10/19空管技术室32/低压直流电源低压直流供电系统由于本身固有的缺陷，不能满足大容量供电系统的需要。2019/10/19空管技术室33/二、恒频交流电源•交流电可提高供电电压，减轻系统质量；易于变换，即变压和整流容易实现；•交流发电机工作可靠性高。•因此大中型民航飞机上普遍采用交流供电系统。2019/10/19空管技术室34/二、恒频交流电源•飞机交流电源系统有恒频交流电源和变频交流电源两种。•恒频交流电源又有恒速恒频（CSCF)和变速恒频(VSVF)两种。•飞机交流电源调节点额定电压为115/200v，恒频交流的额定频率为400HZ，变频交流的工作频率范围一般在400HZ上下变化。2019/10/19空管技术室35/(一)恒速恒频交流电源系统•恒速恒频交流电源系统的交流发电机是通过恒速传动装置CSD由飞机发动机驱动的，因此交流发电机的转速是恒定的，它向汇流条输出恒频交流电，如图所示。2019/10/19空管技术室36/(二)变速恒频交流电源系统•恒速传动装置结构复杂，成本高，可靠性低，维护比较困难，变速恒频正在取而代之。•目前变速恒频采用较多的是交—直—交系统，即由发动机带动交流发电机发出变频交流电，经过整流变成直流电，再逆变为所需频率和电压的交流电。2019/10/19空管技术室37/三、混合电源•混合供电系统指两种不同形式的发电机由飞机发动机传动向飞机供电网路提供电能。•目前采用较多的混合电源形式为直流发电机提供低压直流电，交流发电机提供变频交流电。•在混合供电系统中，交流发电机和直流发电机是由发动机通过减速器直接传动的，2019/10/19空管技术室38/11.2.2飞机蓄电池•飞机蓄电池是目前飞机上天的必须安装设备之一，用作飞机上的应急电源和辅助电源。•当飞机发电机不能供电时，飞机蓄电池向维持飞行所必需的飞行关键设备供电，必要时也可作为启动飞机发动机的起动电源。2019/10/19空管技术室39/11.2.3飞机直流发电机•直流发电机功用：•发动机带动直流发电机的转子，在磁场中切割磁力线产生电势。通过换向变成直流电势，带动直流负载产生直流电。2019/10/19空管技术室40/2019/10/19空管技术室41/2019/10/19空管技术室42/低压直流发电机电压和功率•飞机低压直流发电机标称电压为28v，额定电流有100、200、300、400和600A多种。•相应的额定容量为3、6、9、12和18kW。2019/10/19空管技术室43/11.2.4飞机交流发电机•交流发电机是交流电能的产生者。•现代大型飞机上广泛应用三级式无刷交流发电机。2019/10/19空管技术室44/1.三级式无刷交流发电机原理•三级式无刷交流发电机由副励磁机、主励磁机、主发电机组成发电机组，如图。•B747、757、767、MD—82、A320等飞机均采用三级式无刷交流发电机。2019/10/19空管技术室45/2019/10/19空管技术室46/交流电源的主要参数•交流供电质量的指标有两个：–电压和频率。2019/10/19空管技术室47/交流电源要求•空载到额定负载：115±1.0V•100%到125％额定负载：115±1.5V•125％到150%额定负载：115±2.0V•非正常稳态电压极限：105V~130V•频率：400±4Hz2019/10/19空管技术室48/11.2.5恒速恒频交流电源•恒速恒频(简称CS